水處理劑的發(fā)展及其重要性
1 水處理劑發(fā)展的背景——地球已變得不堪負重
1.1 人類生存的地球
人類生存的地球是一切生命的搖籃，人類一直認為宇宙是廣袤的，地球是巨大的，自然資源是無窮無盡的。實際上，地球環(huán)境也的確是一個絢麗燦爛的世界，它賦予人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。
地球環(huán)境可以分為五個圈，即大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈和生物圈。這五個圈都是人類賴以生存的環(huán)境。我們抬頭看見的天空，即藍色的天就是大氣圈，它約高16km，在1000km高度空氣即已經(jīng)稀薄。真正影響人類生活的是16km高度以內(nèi)的大氣稠密區(qū)，各種氣候和氣象的變化都在這里不斷發(fā)生，人類生命呼吸代謝也都依賴這個區(qū)內(nèi)的空氣。它既提供了人類需要的氧氣，又象一層厚厚的罩衣，保護地球上的生物免受過多紫外線輻射的傷害。水圈有豐富的水，它占據(jù)著地球表面的70.8%，平均深度為3.8km。其中海水約占97%。水圈的水是恒定的，它既不會增加也不會減少，只是處在不斷的循環(huán)之中。地面、江、河、湖、 海的水不斷蒸發(fā)，變成云，在一定條件下，云變成雨雪降到地面，如此不斷地循環(huán)，形成了人類生活常見的天氣變化。巖石圈是地球的地殼層，厚度在100km上下。其中包含著金屬和非金屬的礦物，這些礦物都是人類生活所必需的物質(zhì)。土壤圈是巖石圈的表層，約幾米到幾百米。土壤養(yǎng)育了莊稼、植物和動物，地球上約有1/10面積是耕地或可耕地，大約有1.5億km2。生物圈是人類生活的區(qū)域，生物、空氣、水、土壤都是生物圈的組成部分，，由于它與人類關(guān)系最密切，所以單獨將它劃為一個區(qū)域。
1.2 地球資源的耗竭
地球資源是人類用于生活和生產(chǎn)的物質(zhì)和能源的總稱，包括土地資源、水資源、生物資源、礦產(chǎn)資源、氣候資源、太陽能和風力資源等。這些資源有些是可以再生的，如生物資源、水資源、土地資源；有些是不可再生的，如礦產(chǎn)資源等?？稍偕Y源也不是短時間可以更新的，而要一個相當長的時間。
土地資源在不斷退化，包括水土流失、土地荒漠化的蔓延、土壤污染加劇，耕地面積不斷減少，耕地質(zhì)量日趨下降。我國荒漠化面積已占全國面積的27.32%，沙漠里北京只有12km。
水資源赤字擴大，包括地下水過度開采，水位不斷下降，地面水調(diào)蓄能力減少，地表水污染嚴重。
森林資源由于受到超額采伐，毀林開荒、嚴重的盜伐及森林蟲災、火災等災害的影響，受到嚴重破壞。我國是少林國家，森林覆蓋率只有13%，不到世界平均水平的1/10，現(xiàn)在每年有200hm2林地退化成無林地、疏林地和灌木林地。
草場資源面積不斷減少，草種退化，草場沙化。我國草地退化面積已達到105萬km2，并仍以每年2%的速度發(fā)展。
野生資源包括植物和動物，涉危物種數(shù)目不斷增加。
礦產(chǎn)資源由于無序開采、非法開采，破壞和浪費嚴重。
1.3 地球環(huán)境的惡化
環(huán)境是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和，包括天氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草場‥‥‥城市和鄉(xiāng)村等。地球環(huán)境的惡化是多方面的。
大氣污染：主要表現(xiàn)在工業(yè)廢氣、燃煤排放的二氧化硫和飄塵、汽車尾氣排放的氮氧化物等毒素物質(zhì)所造成的煙塵、大氣污染造成的酸雨、臭氧層破壞及溫室效應導致地球變暖。
水污染：江、河、湖、海水體污染，污染物含量超過了水體的自然凈化能力。
固體廢棄物的污染：包括工業(yè)固體廢棄物、城市垃圾、農(nóng)業(yè)固體廢棄物及放射性固體廢棄物。
噪聲污染：工業(yè)和交通工具所發(fā)出的不同頻率和強度雜亂組成的超常聲音是使人產(chǎn)生厭煩的聲音。
上述四種污染，已被人們稱為四大公害。我國每年由環(huán)境污染造成的損失達1000億元以上。
1.4 水資源的匱乏和污染
長期以來，人們都認為水是取之不盡用之不竭的。
我國617個城市中，有300個城市缺水，50多個城市嚴重缺水。有180個城市平均日缺水1200萬m3，相當于全國城市公共自來水供水能力的1/5。
我國廢水總量1997年為416億t，其中工業(yè)廢水為227億t，生活廢水為189億t。工業(yè)廢水的處理率為78.9%，達標率為54.4%。生活廢水的處理率只有20%。
全國約有1/3的工業(yè)廢水和4/5的生活廢水未經(jīng)過處理直接排入江、河、湖、海，使水環(huán)境遭到嚴重污染。據(jù)環(huán)保部門監(jiān)測，全國城鎮(zhèn)每天至少有1億t污水未經(jīng)處理就直接排入水體。我國僅沿海城市和工廠直接排入的污水每年達86億t，主要有害物質(zhì)146萬t，海洋成了巨大的垃圾。
1.5 出路——持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略
聯(lián)合國環(huán)境計劃署負責人勞斯·特普費爾在一份重要的報告中指出：“人口和經(jīng)濟增長對環(huán)境造成的影響仍然要超過管理和技術(shù)的進步所取得的成果。我們正沿著一條不可持續(xù)發(fā)展的道路前進。”
由上所述，環(huán)境問題是我們發(fā)展的關(guān)鍵因素。單從現(xiàn)在的經(jīng)濟效益看，我國每年因環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失占國民生產(chǎn)總值的3.5%，如果算上職工生病的開支和為環(huán)境污染導致的疾病提供醫(yī)療保障的開支，以及環(huán)境惡化導致森林和耕地減少造成的損失，世界銀行估計，污染將消耗高達我國8%的國民生產(chǎn)總值。這就是說，環(huán)境污染導致的惡果將使我國每年取得的經(jīng)濟增長化為烏有，全國人民辛苦一年的勞動果實因此而付諸東流。結(jié)論只有一個，走持續(xù)發(fā)展的道路。走持續(xù)發(fā)展道路將會有兩個產(chǎn)業(yè)崛起：一個是綠色產(chǎn)業(yè)，一個是環(huán)保產(chǎn)業(yè)。
有益于環(huán)境的高新科技產(chǎn)業(yè)在21世紀將成為迅速崛起的綠色產(chǎn)業(yè)，綠色產(chǎn)業(yè)是21世紀的朝陽產(chǎn)業(yè)。
環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場是一個前景廣闊、商機無限的新興市場。環(huán)保產(chǎn)業(yè)顧名思義，就是從事環(huán)保生產(chǎn)、銷售、服務、研究、設計的單位都應 該屬于環(huán)保產(chǎn)業(yè)。環(huán)保產(chǎn)業(yè)包括：
材料——如金屬、塑料、功能高分子等。
設備——如污水處理設備、空氣凈化設備、垃圾處理設備、噪聲消除設備，污染監(jiān)測與科研實驗室設備等。
工藝——如電鍍廢水處理工藝、印染廢水處理工藝、城市污水處理工藝等。
藥劑——如絮凝劑、凝聚劑、殺菌劑、脫色劑等。水處理劑應是這個領(lǐng)域的重點。
2 水處理劑與可持續(xù)發(fā)展
2.1 水處理劑和節(jié)水
節(jié)水首先要抓住比較集中使用的工業(yè)用水。在工業(yè)用水中，冷卻水占的比例最大，約占60%—70%，因此節(jié)約冷卻水就成為工業(yè)節(jié)水最緊迫的任務。
冷卻水循環(huán)使用后，大大節(jié)約了用水量。但由于冷卻水不斷蒸發(fā)，水中鹽類被濃縮，加上冷卻水與大氣接觸，溶解氧與細菌含量大大增加，導致循環(huán)冷卻水出現(xiàn)嚴重的結(jié)垢、腐蝕和菌藻滋生三大弊病，使熱交換率大為降低，檢修頻繁，威脅生產(chǎn)正常進行。為此，必須在冷卻水中加入阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑及與其配套的清洗劑、預膜劑、分散劑、消泡劑、絮凝劑等。這種加入化學藥劑以防止循環(huán)水結(jié)垢、腐蝕、菌藻滋生的一套技術(shù)叫做化學水處理技術(shù)，它包括預處理、清洗、酸洗、預膜、正常投加、殺菌等工序。污水處理中的一級處理使用凝聚劑和絮凝劑也是回收利用污水的重要手段?；瘜W水處理技術(shù)是當前國內(nèi)外公認的工業(yè)節(jié)水最普遍的有效手段。
2.2 水處理劑的主要內(nèi)容和發(fā)展歷史
水處理化學品又名水處理劑。它包括工業(yè)、城建、環(huán)保方面的用于處理水的化學品，涉及冷卻水、鍋爐水、空調(diào)水、飲用水、污水及包括采油用水的工藝水。
化學處理就是用化學藥劑來消除及防止結(jié)垢、腐蝕和菌藻滋生及進行水質(zhì)凈化的處理技術(shù)。它使用凝聚劑去除原水中的機械雜質(zhì)，用阻垢劑防止結(jié)2垢，用緩蝕劑抑制腐蝕，用殺菌劑阻止有害微生物的滋生，用清洗劑去除銹渣、老垢、油污等。循環(huán)冷卻水處理技術(shù)在國外是30年代初開始發(fā)展的。我國現(xiàn)有水處理劑生產(chǎn)廠200家，品種100多個，年總產(chǎn)量約20萬t，年產(chǎn)值約10億元。
絮凝劑、凝聚劑占了水處理劑總量的3/4，其中作為絮凝劑的聚丙烯酰胺（PAM）又占了絮凝劑、凝聚劑的1/2，其余1/2為無機聚合物。
2.3 水處理劑與基本建設投資
我國建設急需各種投資，資金缺乏是長期面臨的突出矛盾。為此，節(jié)省建設資金對“四化”建設有極大意義。
工業(yè)用水迅速增長，年平均增長率為5.4%，城市居民用水也有相應的增長。為了滿足生產(chǎn)和生活用水的增長需要，只能采取開源節(jié)流的方針。據(jù)城建部門計算，建設一個水廠，平均每天、每立方米供水能力的工程造價約需300~400元，而供水量的85%要排入下水道成為污水。建設污水處理廠形成每天、每立方米污水處理能力的工程投資一般需要300~500元，處理費為0.1~0.15元/m3。若把供水和排水工程合計投資按供水1萬t/a工程計算為2.1億元。據(jù)城建部門預測，40個大中城市如年節(jié)水量達5億m3，則可節(jié)省投資10.5億元。
節(jié)水的渠道，從工業(yè)生產(chǎn)方面有三個途徑：建設冷卻塔，，提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)；改革工藝；污水處理回用。這三個途徑的投資費用以建設冷卻塔提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)為最低。
1.1 人類生存的地球
人類生存的地球是一切生命的搖籃，人類一直認為宇宙是廣袤的，地球是巨大的，自然資源是無窮無盡的。實際上，地球環(huán)境也的確是一個絢麗燦爛的世界，它賦予人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。
地球環(huán)境可以分為五個圈，即大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈和生物圈。這五個圈都是人類賴以生存的環(huán)境。我們抬頭看見的天空，即藍色的天就是大氣圈，它約高16km，在1000km高度空氣即已經(jīng)稀薄。真正影響人類生活的是16km高度以內(nèi)的大氣稠密區(qū)，各種氣候和氣象的變化都在這里不斷發(fā)生，人類生命呼吸代謝也都依賴這個區(qū)內(nèi)的空氣。它既提供了人類需要的氧氣，又象一層厚厚的罩衣，保護地球上的生物免受過多紫外線輻射的傷害。水圈有豐富的水，它占據(jù)著地球表面的70.8%，平均深度為3.8km。其中海水約占97%。水圈的水是恒定的，它既不會增加也不會減少，只是處在不斷的循環(huán)之中。地面、江、河、湖、 海的水不斷蒸發(fā)，變成云，在一定條件下，云變成雨雪降到地面，如此不斷地循環(huán)，形成了人類生活常見的天氣變化。巖石圈是地球的地殼層，厚度在100km上下。其中包含著金屬和非金屬的礦物，這些礦物都是人類生活所必需的物質(zhì)。土壤圈是巖石圈的表層，約幾米到幾百米。土壤養(yǎng)育了莊稼、植物和動物，地球上約有1/10面積是耕地或可耕地，大約有1.5億km2。生物圈是人類生活的區(qū)域，生物、空氣、水、土壤都是生物圈的組成部分，，由于它與人類關(guān)系最密切，所以單獨將它劃為一個區(qū)域。
1.2 地球資源的耗竭
地球資源是人類用于生活和生產(chǎn)的物質(zhì)和能源的總稱，包括土地資源、水資源、生物資源、礦產(chǎn)資源、氣候資源、太陽能和風力資源等。這些資源有些是可以再生的，如生物資源、水資源、土地資源；有些是不可再生的，如礦產(chǎn)資源等?？稍偕Y源也不是短時間可以更新的，而要一個相當長的時間。
土地資源在不斷退化，包括水土流失、土地荒漠化的蔓延、土壤污染加劇，耕地面積不斷減少，耕地質(zhì)量日趨下降。我國荒漠化面積已占全國面積的27.32%，沙漠里北京只有12km。
水資源赤字擴大，包括地下水過度開采，水位不斷下降，地面水調(diào)蓄能力減少，地表水污染嚴重。
森林資源由于受到超額采伐，毀林開荒、嚴重的盜伐及森林蟲災、火災等災害的影響，受到嚴重破壞。我國是少林國家，森林覆蓋率只有13%，不到世界平均水平的1/10，現(xiàn)在每年有200hm2林地退化成無林地、疏林地和灌木林地。
草場資源面積不斷減少，草種退化，草場沙化。我國草地退化面積已達到105萬km2，并仍以每年2%的速度發(fā)展。
野生資源包括植物和動物，涉危物種數(shù)目不斷增加。
礦產(chǎn)資源由于無序開采、非法開采，破壞和浪費嚴重。
1.3 地球環(huán)境的惡化
環(huán)境是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和，包括天氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草場‥‥‥城市和鄉(xiāng)村等。地球環(huán)境的惡化是多方面的。
大氣污染：主要表現(xiàn)在工業(yè)廢氣、燃煤排放的二氧化硫和飄塵、汽車尾氣排放的氮氧化物等毒素物質(zhì)所造成的煙塵、大氣污染造成的酸雨、臭氧層破壞及溫室效應導致地球變暖。
水污染：江、河、湖、海水體污染，污染物含量超過了水體的自然凈化能力。
固體廢棄物的污染：包括工業(yè)固體廢棄物、城市垃圾、農(nóng)業(yè)固體廢棄物及放射性固體廢棄物。
噪聲污染：工業(yè)和交通工具所發(fā)出的不同頻率和強度雜亂組成的超常聲音是使人產(chǎn)生厭煩的聲音。
上述四種污染，已被人們稱為四大公害。我國每年由環(huán)境污染造成的損失達1000億元以上。
1.4 水資源的匱乏和污染
長期以來，人們都認為水是取之不盡用之不竭的。
我國617個城市中，有300個城市缺水，50多個城市嚴重缺水。有180個城市平均日缺水1200萬m3，相當于全國城市公共自來水供水能力的1/5。
我國廢水總量1997年為416億t，其中工業(yè)廢水為227億t，生活廢水為189億t。工業(yè)廢水的處理率為78.9%，達標率為54.4%。生活廢水的處理率只有20%。
全國約有1/3的工業(yè)廢水和4/5的生活廢水未經(jīng)過處理直接排入江、河、湖、海，使水環(huán)境遭到嚴重污染。據(jù)環(huán)保部門監(jiān)測，全國城鎮(zhèn)每天至少有1億t污水未經(jīng)處理就直接排入水體。我國僅沿海城市和工廠直接排入的污水每年達86億t，主要有害物質(zhì)146萬t，海洋成了巨大的垃圾。
1.5 出路——持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略
聯(lián)合國環(huán)境計劃署負責人勞斯·特普費爾在一份重要的報告中指出：“人口和經(jīng)濟增長對環(huán)境造成的影響仍然要超過管理和技術(shù)的進步所取得的成果。我們正沿著一條不可持續(xù)發(fā)展的道路前進。”
由上所述，環(huán)境問題是我們發(fā)展的關(guān)鍵因素。單從現(xiàn)在的經(jīng)濟效益看，我國每年因環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失占國民生產(chǎn)總值的3.5%，如果算上職工生病的開支和為環(huán)境污染導致的疾病提供醫(yī)療保障的開支，以及環(huán)境惡化導致森林和耕地減少造成的損失，世界銀行估計，污染將消耗高達我國8%的國民生產(chǎn)總值。這就是說，環(huán)境污染導致的惡果將使我國每年取得的經(jīng)濟增長化為烏有，全國人民辛苦一年的勞動果實因此而付諸東流。結(jié)論只有一個，走持續(xù)發(fā)展的道路。走持續(xù)發(fā)展道路將會有兩個產(chǎn)業(yè)崛起：一個是綠色產(chǎn)業(yè)，一個是環(huán)保產(chǎn)業(yè)。
有益于環(huán)境的高新科技產(chǎn)業(yè)在21世紀將成為迅速崛起的綠色產(chǎn)業(yè)，綠色產(chǎn)業(yè)是21世紀的朝陽產(chǎn)業(yè)。
環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場是一個前景廣闊、商機無限的新興市場。環(huán)保產(chǎn)業(yè)顧名思義，就是從事環(huán)保生產(chǎn)、銷售、服務、研究、設計的單位都應 該屬于環(huán)保產(chǎn)業(yè)。環(huán)保產(chǎn)業(yè)包括：
材料——如金屬、塑料、功能高分子等。
設備——如污水處理設備、空氣凈化設備、垃圾處理設備、噪聲消除設備，污染監(jiān)測與科研實驗室設備等。
工藝——如電鍍廢水處理工藝、印染廢水處理工藝、城市污水處理工藝等。
藥劑——如絮凝劑、凝聚劑、殺菌劑、脫色劑等。水處理劑應是這個領(lǐng)域的重點。
2 水處理劑與可持續(xù)發(fā)展
2.1 水處理劑和節(jié)水
節(jié)水首先要抓住比較集中使用的工業(yè)用水。在工業(yè)用水中，冷卻水占的比例最大，約占60%—70%，因此節(jié)約冷卻水就成為工業(yè)節(jié)水最緊迫的任務。
冷卻水循環(huán)使用后，大大節(jié)約了用水量。但由于冷卻水不斷蒸發(fā)，水中鹽類被濃縮，加上冷卻水與大氣接觸，溶解氧與細菌含量大大增加，導致循環(huán)冷卻水出現(xiàn)嚴重的結(jié)垢、腐蝕和菌藻滋生三大弊病，使熱交換率大為降低，檢修頻繁，威脅生產(chǎn)正常進行。為此，必須在冷卻水中加入阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑及與其配套的清洗劑、預膜劑、分散劑、消泡劑、絮凝劑等。這種加入化學藥劑以防止循環(huán)水結(jié)垢、腐蝕、菌藻滋生的一套技術(shù)叫做化學水處理技術(shù)，它包括預處理、清洗、酸洗、預膜、正常投加、殺菌等工序。污水處理中的一級處理使用凝聚劑和絮凝劑也是回收利用污水的重要手段?；瘜W水處理技術(shù)是當前國內(nèi)外公認的工業(yè)節(jié)水最普遍的有效手段。
2.2 水處理劑的主要內(nèi)容和發(fā)展歷史
水處理化學品又名水處理劑。它包括工業(yè)、城建、環(huán)保方面的用于處理水的化學品，涉及冷卻水、鍋爐水、空調(diào)水、飲用水、污水及包括采油用水的工藝水。
化學處理就是用化學藥劑來消除及防止結(jié)垢、腐蝕和菌藻滋生及進行水質(zhì)凈化的處理技術(shù)。它使用凝聚劑去除原水中的機械雜質(zhì)，用阻垢劑防止結(jié)2垢，用緩蝕劑抑制腐蝕，用殺菌劑阻止有害微生物的滋生，用清洗劑去除銹渣、老垢、油污等。循環(huán)冷卻水處理技術(shù)在國外是30年代初開始發(fā)展的。我國現(xiàn)有水處理劑生產(chǎn)廠200家，品種100多個，年總產(chǎn)量約20萬t，年產(chǎn)值約10億元。
絮凝劑、凝聚劑占了水處理劑總量的3/4，其中作為絮凝劑的聚丙烯酰胺（PAM）又占了絮凝劑、凝聚劑的1/2，其余1/2為無機聚合物。
2.3 水處理劑與基本建設投資
我國建設急需各種投資，資金缺乏是長期面臨的突出矛盾。為此，節(jié)省建設資金對“四化”建設有極大意義。
工業(yè)用水迅速增長，年平均增長率為5.4%，城市居民用水也有相應的增長。為了滿足生產(chǎn)和生活用水的增長需要，只能采取開源節(jié)流的方針。據(jù)城建部門計算，建設一個水廠，平均每天、每立方米供水能力的工程造價約需300~400元，而供水量的85%要排入下水道成為污水。建設污水處理廠形成每天、每立方米污水處理能力的工程投資一般需要300~500元，處理費為0.1~0.15元/m3。若把供水和排水工程合計投資按供水1萬t/a工程計算為2.1億元。據(jù)城建部門預測，40個大中城市如年節(jié)水量達5億m3，則可節(jié)省投資10.5億元。
節(jié)水的渠道，從工業(yè)生產(chǎn)方面有三個途徑：建設冷卻塔，，提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)；改革工藝；污水處理回用。這三個途徑的投資費用以建設冷卻塔提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)為最低。
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